鹽水膜法除硝蒸發系統自動化改造

戴相進

（南通江山農藥化工股份有限公司，江蘇 南通226017）

1 裝置概述

原設計中以靶式流量開關作為檢測鹽水流動信號，一旦檢測到流量信號時，蒸發器控制系統開始工作。蒸發器出口鹽水溫度與氣相溫度導閥構成單控制回路。溫度傳感器所采集的不銹鋼臥式蒸發器出口鹽水溫度值與溫度控制器上的設定值進行比較，給出控制信號，經溫度導閥的作用調節氣相管路主閥，改變蒸發器內冷媒的蒸發量，使出口鹽水溫度保持相對恒定；當出口溫度低于設定值時，由電子調節器發出信號，經溫度導閥作用，關小主閥，使蒸發壓力升高；當出口溫度高于設定值時，由電子調節器發出信號，經溫度導閥作用，開大主閥，使蒸發壓力降低，從而保證出水溫度保持在規定范圍內。蒸發器設置下列保護功能。

（1）蒸發器冷媒液位采用浮球開關控制，當達到高液位時，關閉伺服主控膨脹閥（電磁導閥斷電），蒸發器停止進冷媒，同時發出聲光報警信號。

（2）當不銹鋼臥式蒸發器出口溫度達到下限時，停止回氣主閥工作（電磁導閥斷電），從而達到低溫保護。

（3）當蒸發器超壓時，壓力導閥（LP）控制主閥強行開啟，降低不銹鋼臥式蒸發器內壓力到設定壓力之下，以確保設備安全和系統壓力穩定。

2 運行時存在的問題及原因分析

（1）蒸發器初始投入運行時氟里昂進液量大，靶式流量開關一旦檢測到有鹽水流過時冷媒供液閥打開，大量冷媒進入蒸發器氣化，使鹽水溫度急劇下降，芒硝結晶析出，粘附在蒸發器列管管壁上，從而導致換熱效果下降；嚴重時堵塞列管，須打開蒸發器封頭用水或蒸汽對列管進行疏通或用熱水溶化，清洗工作量大，溫差變化大，容易引起列管焊縫開裂，設備損壞。

（2）靶式流量開關傳感器探頭容易腐蝕失效。靶式流量開關傳感器探頭由于選材有誤，不耐鹽水腐蝕，使用一段時間后腐蝕掉落，流量計故障。為維持蒸發器運行，將靶式流量開關旁路開關打開，使靶式流量開關失效，無法監控鹽水流量，如果開車時鹽水未進入蒸發器控制系統就送電，整個系統開始工作，大量冷媒進入蒸發器得不到氣化而產生大量積液。運行過程中如果鹽水流量低或缺失，會導致列管內物料結晶堵塞。

（3）蒸發器列管結晶堵塞不能第一時間發現。蒸發器是否結晶堵塞只能從循環泵出口壓力上升及鹽水溫度上升來判斷，一旦壓力或溫度異常，列管已堵塞非常嚴重。

（4）蒸發器內進冷媒量沒有檢測設備，無法實時顯示蒸發器內冷媒量。浮球閥控制液位不精確，可靠性差，失靈后引起蒸發器內冷媒過多來不及氣化或進冷媒量不足，導致蒸發器工作不正常。

（5）清洗蒸發器全部人工操作，在發現換熱效果差時須停下來進行清洗操作，閥門動作全部現場人工切換，花費人力且時間比較長，且清洗效果只能憑經驗判斷，往往存在清洗不徹底的情況。

3 自動化改造內容

為了解決以上存在的問題及提升自動化水平，并可遠程DCS進行自動、手動操作，改造內容如下。

（1）鹽水流量信號檢測。將目前蒸發器進口靶式流量開關取消，在其出口增加流量計，在鹽水流量達額定流量的80%時逐步開啟冷媒供液閥。在正常運行時當流量降低10%說明蒸發器列管局部堵塞或循環泵有異常，此時關閉冷媒供液閥，待流量恢復正常時再自動打開冷媒供液閥，如在30 min內鹽水流量不能恢復，則提醒員工執行蒸發器切換流程。

（2）蒸發器液位檢測與控制。目前蒸發器液位用浮球閥控制，當液位達高限時關閉冷媒供液閥，蒸發器內冷媒液位不能精準控制，換熱效率波動大。為了精準控制蒸發器液位，防止積液或缺液，將浮球閥控制液位改為液位變送器和調節閥控制，冷媒供液管線增加調節閥進行調節。同時設定相應保護，當循環泵無運行信號、鹽水流量低于額定流量80%或鹽水低溫時調節閥自動關閉。

（3）蒸發器切換。目前依靠人工進行切換，在蒸發器的進出口將原手動閥改為氣動切斷閥，在DCS設定相應的切換程序。切換時動作順序為擬投入運行蒸發器出口打開—擬投入運行蒸發器進口打開—擬退出運行蒸發器進口關閉—擬退出運行蒸發器出口關閉。

（4）清洗自動化。在蒸發器原清洗進出口管道上將手動閥改為氣動切斷閥，以回收鹽水作為清洗液，在執行清洗程序時先打開出口閥，啟動回收鹽水泵，然后打開進口閥，以流量逐步上升至穩定流量為清洗合格的判斷條件，停止清洗程序，蒸發器處于備用狀態。

（5）蒸發器的安全保護。利用原保護系統，不作改動。

（6）鹽水溫度控制改進。原出口鹽水溫度與冷媒氣相溫度導閥構成單控制回路，實際運行時，因換熱和鹽水溫度檢測有滯后，溫度導閥CVQ動作頻繁，且鹽水溫度有波動，溫度控制不平穩。分析影響鹽水溫度的因素為冷媒蒸發量和鹽水流量。改進控制回路，將出口溫度和出口鹽水流量與冷媒氣相溫度導閥組成雙回路控制系統，溫度和導閥為主回路，鹽水流量和導閥為副回路，可以消除鹽水流量波動對鹽水出口溫度造成的干擾，控制回路示意圖見圖1。

圖1 控制回路示意圖

4 改造后運行總結

經過以上改造，設備投入運行后取得了良好的效果。

（1）人力資源優化。在DCS上監控蒸發器運行情況非常直觀，并能遠程操控蒸發器的切換、清洗，現場原來需配備1人值守操作，改造后基本實現了無人值守。

（2）蒸發器堵塞不易出現。蒸發器連續運行一個月未出現換熱效果下降，鹽水出口溫度幾乎沒有波動，說明了冷媒蒸發量得到精準控制。從而保證了膜法除硝裝置穩定運行。

（3）工作強度降低。蒸發器的切換和清洗以前全部靠人工現場操作，改造后全部由DCS控制自動進行，且清洗效果有量化判斷指標，延長了設備穩定運行的時間。